¿Por qué se usa hidrógeno o helio en la fusión nuclear?

No soy estudiante de Física. Solo por interés propio, estoy estudiando sobre reacciones de fisión y fusión. Donde encontré en la fusión, los científicos están usando isótopos de hidrógeno o helio-3 como combustible (lo mismo que sucede en el sol y las estrellas). Pero mi búsqueda de por qué no hay nada más en lugar de estos dos resultados concretos, excepto que el hidrógeno es el elemento más ligero.

Me gustaría tener una respuesta científica de por qué posiblemente no se esté considerando ningún otro material para el reactor de fusión. Sin embargo, ¿existen posibilidades teóricas de usar otra materia, por ejemplo, usar Hg?

Cualquier respuesta es muy apreciada.

Antes de responder, miré el duplicado que indica Rob, pero creo que solo se adhiere a los isótopos de H, en lugar de esta pregunta anterior, en la que OP pregunta por qué no podemos usar una variedad de elementos.

Respuestas (2)

Para una reacción de fusión eficiente, necesita obtener más energía de la que ingresa. La fusión de hidrógeno emite más energía, una vez que puede controlarla y comprimirla (que es la parte difícil), que la entrada de energía involucrada en "apretar" las partículas juntas.

Una vez que logras ese objetivo, obtienes una ganancia neta de energía.

Este comentario de David Hammen ilustra una indicación de los problemas inherentes a la energía nuclear controlada.

La fusión nuclear controlada emplea temperaturas mucho mayores que las del centro del Sol, pero a una presión mucho menor en comparación con el centro del Sol. La fusión controlada también pasa por alto el paso inicial de fusión protón-protón, que es el cuello de botella en la fusión en una estrella de una masa solar. Este cuello de botella es el motivo por el que, aunque tiene 4600 millones de años, el Sol ha consumido menos de la mitad del hidrógeno del núcleo.

Energías de enlace nuclear

Fuente de la imagen: Wikipedia Nuclear Binding Energies

En este gráfico, puede hacerse una idea de las fuerzas que tendríamos que vencer para utilizar otros elementos en las reacciones de fusión, y puede notar que se aplana en el hierro.

Me gustaría tener una respuesta científica de por qué posiblemente no se esté considerando ningún otro material para el reactor de fusión. Sin embargo, ¿existen posibilidades teóricas de usar otra materia, por ejemplo, usar Hg?

Con otros elementos, la relación entre la energía que entra y la que sale es mucho menor, por lo que no son tan eficientes. De hecho, cuando subes en la tabla periódica hasta el hierro, no obtendrás más fusionándolos. Esa es parte de la razón por la que estamos aquí hoy. Las estrellas transmutan elementos, comenzando con el hidrógeno hasta el hierro, luego, debido a que no hay una salida de energía neta, la estrella explota por la presión de la gravedad en el exterior, que la estrella es incapaz de resistir sin que la energía del núcleo emerja de las reacciones de fusión.

Como muestra la curva de energía de enlace nuclear de los núcleos más estables con cada número atómico. También es divertido jugar con este gráfico de nucleidos interactivo , donde puedes imaginar ese gráfico de energía vinculante básicamente a lo largo de esos cuadros negros.
No estamos copiando al Sol. La fusión en el Sol se basa en la reacción en cadena protón-protón, que es muy lenta. Una pila de compost caliente produce aproximadamente la misma cantidad de energía por unidad de volumen que el núcleo del Sol. Los desarrolladores de reactores de fusión tienen muchas ganas de superar una pila de compost tibio.
La fusión nuclear controlada emplea temperaturas mucho mayores que las del centro del Sol, pero a una presión muy grande en comparación con el centro del Sol. La fusión controlada también pasa por alto el paso inicial de fusión protón-protón, que es el cuello de botella en la fusión en una estrella de una masa solar. Este cuello de botella es el motivo por el que, aunque tiene 4600 millones de años, el Sol ha consumido menos de la mitad del hidrógeno del núcleo.

Debido a que el núcleo de hidrógeno contiene la carga más baja. En la fusión, dos núcleos ligeros se convertirán en uno nuevo al chocar. Todos los núcleos tienen carga positiva. En la fusión, dos cargas del mismo tipo tienen que chocar. otro. La fuerza repulsiva es directamente proporcional a sus cargas. Si el número atómico es mayor, cuantos más protones, más cargas, más fuerza repulsiva. Es difícil colisionar cuando hay una gran fuerza repulsiva. Entonces, para tener reacción de fusión estable al poner menos energía, el hidrógeno es lo mejor.

Hola Sulyman, ten en cuenta que en inglés, todos los signos de puntuación van seguidos de un solo espacio.
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